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摘 要：随着化学工业技术的高速发展，在降解处理农业用水污染物中，使用的技术和材料越来越先进。通过运用高温热氧化法的方式来制作钛基锡锑氧化电极，能够起到电催化降解的作用，有效降解农业用水中多余的污染物。在实验中通过使用甲基红溶液，但是要考虑多方面的影响因素，其中主要有电压、pH值、电解时间以及电解质加入量等多方面的影响因素。根据实验分析发现，在实验中加入0.5g/L的甲基红溶液，确保pH值达到2，能够达到良好的降解效果。有效改善农业用水中的水质污染问题，下面就具体的实验分析过程进行具体分析。
关键词：氧化电极；催化；降解；污染
中图分类号：X131.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170725001
近几年以来，我国的化工业发展速度不断加快，工业生产排放了大量的有机废水，这些有机废水大多为化学、农药以及食品废水，这些工业废水中含有较高的毒性，微生物非常难以降解，一旦排放入江河湖泊中，将会造成非常严重的农业污染。因此，为了有效降解农业用水中的污染物，需要合理采用电化学法，这样才能把非生化降解有机物转变成可生化降解有机物，使污染性有机物成功转化成二氧化碳以及水。通过应用氧化电极催化降解的方式，能够有效改善有机废水污染问题，其具有明显的优势。同时，通过运用电化学处理新技术，使用的電化学设备体积非常小，不需要占用较大的面积，也不用往电化学处理中添加任何化学药剂，自动控制非常方便，所以不会出现二次污染的问题。下面对高温热氧化法的方式来制作钛基锡锑氧化电极，电催化降解的方式进行了具体阐述。
1 实验前的准备工作
1.1 选择合适的实验仪器、药品
在本次电催化降解中需要使用大量的实验仪器，其中主要包含了磁力加热搅拌器、烧杯、pH测试计、氧化电极、恒压电源以及7200型紫外分光光度计；此外，还需要使用大量的试剂药品，这些试剂药品主要包含了钛片、氯化锡、氯化锑、甲基红、醋酸铅、醋酸、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇、硫酸钠以及浓盐酸等试剂溶液。
1.2 实验所采用的方法
本次实验主要运用高温热氧化法，来制作钛基锡锑氧化电极，从而进行电催化降解实验，通过使用这种实验方法，能够确保氧化物电极具备良好的电催化活性，并且保障电催化的稳定性。在实验过程中，需要把制备的电极部分来当做阳极，把钛网部分来当做阴极使用，而且需要应用甲基红溶液来作为有机物，分析电压、pH值、电解时间以及电解质浓度等因素的变化，在这些因素发生变化以后，降解率是否会出现较大变化。在分析溶液的降解情况时，可以利用7200型紫外光谱仪，对溶液进行紫外线扫描，这样才能够准确得出甲基红的降解率，然后确定这种电极和降解方法，能否得到降解废水污染的效果。
1.3 实验需要注意的问题
本文实验使用高温热氧化法来制备钛基锡锑氧化电极，必须充分注意这样几方面问题：设计科学、合理的涂层液配比，涂层液将会影响涂层电性能；热解氧化温度也会影响实验效果，实验中的氧化物固溶体具有较强的半导体性能，当氧化温度和时间发生变化以后，将会严重影响涂层；注意工艺操作细节，在涂刷涂层时，必须进行均匀涂刷，在涂层表面涂刷完成液体之后，采用低温烘干的方式，合理控制氧化温度和氧化时间。
2 实验结果分析
2.1 电压影响甲基红降解率的情况
在本次实验过程中，主要使用制备电极来当做实验的阳极，然后利用钛网来当做实验的阴极，所以初步确定电极的有效面积达到9cm2，阴极和阳极之间的距离为1cm，在实验中使用3g左右的硫酸钠来作为电解质，选择120mL的甲基红溶液，把电解液的浓度调配为0.5g/L，在不同电压的影响下，甲基红降解率也存在较大的差异，随着电压的增强，甲基红降解率也在不断上升。但是在降解时间超过10min以后，10V电压和9V电压的降解效果相比，明显偏低。当降解时间超过18min，那么8V、9V、10V电压下的降解率变成45.6%、77.3%以及69.0%。同时，随着时间的推移，电极上会产生许多气泡，溶液温度也在不断增加。由此可以说明，电化学降解过程中，选择应用9V的电压，能够更好地达到节能环保的目的，降低副反应的问题。
2.2 电解质浓度影响甲基红降解率的情况
根据实验结果分析发现，在电解催化实验中，当电解的电压数值达到9V左右，pH数值就会变成2，在20min以后，电解质的浓度不断增加，甲基红溶液的降解率也在不断增加。出现这种情况的主要原因在于，电解质在加入到甲基红溶液中之后，就会导致甲基红溶液中离子浓度不断提高，溶液的电导率逐渐提高，逐渐增大溶液中的电流以及化学速率。当电解质的浓度在0.5～3g之间增加时，降解率的波动非常明显，但是在电解质浓度超过3g以后，降解率波动就会逐渐缩小，所以说需要控制电解质浓度，即使添加更多的电解质，只会导致污水处理成本增加，而不会达到良好的效果，此外，添加过多的电解质，将会造成水中盐的浓度超标，因此，为了达到良好的降解效果，在实验中运用3g硫酸化钠来作为电解质。
2.3 pH值影响甲基红降解率的情况
甲基红溶液作为一种酸碱指示剂，在不同的酸碱条件下，将呈现不同的颜色，当甲基红溶液处于酸性条件下，就会逐渐变成红色，当其处于碱性条件下，就会逐渐变成黄色，而且甲基红溶液在酸性条件下，具有很强的吸光度，测定起来更加方便，因此，本次电催化降解实验大多选择酸性条件。根据实验结果研究发现，当电解实验的时间超过20min以后，电解实验的电压变成9V，添加3g左右的电解质，pH值发生变化，甲基红溶液的降解率也会出现不同的变化。具体而言，pH值逐渐提高，由酸性条件变成碱性条件，那么甲基红溶液的降解率将逐渐下降，甲基红溶液处于酸性条件下，能够产生氧化甲基红反应以及析氧反应，甲基红溶液降解的速度将加快。因此，为了使废水降解反应更快更好地进行，一般选择pH值在4的条件下进行电催化降解，这样才能节约投资成本，而且能够得到良好的有机物降解效果。 2.4 电解时间影响甲基红溶液吸光度的情况
本次实验过程中，测试电解时间的影响，把电压条件设置成9V，电解质浓度为3g，选择pH值达到2的条件下展开电解实验操作。每次测试的时间间隔为5min，测试的结果显示甲基红吸光度的波长范围为390～665nm之间，当波长出现变化时，甲基红的吸光度也会逐渐出现变化，所以这样进行观察，才能准确得出科学、合理的甲基红吸光度波长。实验结果显示，电解时间逐渐增加，甲基红溶液的吸光度将不断降低，由此可以说明，当降解时间不断推移时，甲基红溶液的浓度将逐渐降低，当甲基红溶液在合适的条件下进行电解催化，那么所表现出的最大吸收波长将变成520nm。
2.5 降解时间影响甲基红溶液降解率的情况
当甲基红溶液的吸光度波长处于520nm的情况下，降解时间发生变化，甲基红溶液的降解率也会逐渐出现变化。具体而言，随着降解时间不断增加，甲基红溶液的降解率也会逐渐增加。但是在降解时间超过20min以后，甲基红溶液的降解率波动将变得不再明显。由此可以说明，降解时间20min是甲基红溶液的降解终点。
2.6 电催化降解除污的经济性分析
根据实验研究分析发现，在处理农业用水污染问题时，必须采用合适的电化学降解方法，充分考虑到经济上可行性，采用成本低、效果显著的降解方法，这样才能节约废水处理成本。同时，在氧化电极电催化降解过程中，需要合理控制电解质浓度，电解质浓度以3g为重要标准，超过3g的电解质，并不会起到更好的效果，而且会增加催化降解成本。因此，在实际应用过程中，需要结合实际情况进行改进，这样才能使电化学技术更加完善，对于水量较少的废水，能够节约降解处理成本。
3 結论
本文针对氧化电极电催化降解农业用水污染展开了实验研究，实验中采用高温热氧化法制备钛基锡锑氧化电极，在甲基红废水中进行电催化降解，最终得出在降解过程中，电压、pH值、电解时间以及电解质浓度都会影响最终的电解效果，所以在使用这种方法时，必须深入研究水质，设计科学、合理的电解方案，选择适量的电解质，这样才能达到良好的效果，而且能够节约废水处理成本。
参考文献
[1]潘碌亭，王九成，韩悦.铁碳复合材料催化内电解技术处理模拟农村铅污染水体效果[J]. 农业工程学报，2016，32（01）：254-260.
[2]赵泽华，张后虎，许彬，等.三维电催化氧化技术处理草铵膦农药废水[J]. 环境工程学报，2017，11（1）：93-97.
[3]何亚鹏. 掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应[J]. 物理化学学报，2017.
[4]孙猛，李景虹.钯基氧还原反应电极的构筑及其在水处理领域的研究进展[J].物理化学学报，2017，33（1）：198-210.
作者简介：韩苗苗，副教授，研究方向：水处理。
关键词：氧化电极；催化；降解；污染
中图分类号：X131.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170725001
近几年以来，我国的化工业发展速度不断加快，工业生产排放了大量的有机废水，这些有机废水大多为化学、农药以及食品废水，这些工业废水中含有较高的毒性，微生物非常难以降解，一旦排放入江河湖泊中，将会造成非常严重的农业污染。因此，为了有效降解农业用水中的污染物，需要合理采用电化学法，这样才能把非生化降解有机物转变成可生化降解有机物，使污染性有机物成功转化成二氧化碳以及水。通过应用氧化电极催化降解的方式，能够有效改善有机废水污染问题，其具有明显的优势。同时，通过运用电化学处理新技术，使用的電化学设备体积非常小，不需要占用较大的面积，也不用往电化学处理中添加任何化学药剂，自动控制非常方便，所以不会出现二次污染的问题。下面对高温热氧化法的方式来制作钛基锡锑氧化电极，电催化降解的方式进行了具体阐述。
1 实验前的准备工作
1.1 选择合适的实验仪器、药品
在本次电催化降解中需要使用大量的实验仪器，其中主要包含了磁力加热搅拌器、烧杯、pH测试计、氧化电极、恒压电源以及7200型紫外分光光度计；此外，还需要使用大量的试剂药品，这些试剂药品主要包含了钛片、氯化锡、氯化锑、甲基红、醋酸铅、醋酸、氢氧化钠、蒸馏水、无水乙醇、硫酸钠以及浓盐酸等试剂溶液。
1.2 实验所采用的方法
本次实验主要运用高温热氧化法，来制作钛基锡锑氧化电极，从而进行电催化降解实验，通过使用这种实验方法，能够确保氧化物电极具备良好的电催化活性，并且保障电催化的稳定性。在实验过程中，需要把制备的电极部分来当做阳极，把钛网部分来当做阴极使用，而且需要应用甲基红溶液来作为有机物，分析电压、pH值、电解时间以及电解质浓度等因素的变化，在这些因素发生变化以后，降解率是否会出现较大变化。在分析溶液的降解情况时，可以利用7200型紫外光谱仪，对溶液进行紫外线扫描，这样才能够准确得出甲基红的降解率，然后确定这种电极和降解方法，能否得到降解废水污染的效果。
1.3 实验需要注意的问题
本文实验使用高温热氧化法来制备钛基锡锑氧化电极，必须充分注意这样几方面问题：设计科学、合理的涂层液配比，涂层液将会影响涂层电性能；热解氧化温度也会影响实验效果，实验中的氧化物固溶体具有较强的半导体性能，当氧化温度和时间发生变化以后，将会严重影响涂层；注意工艺操作细节，在涂刷涂层时，必须进行均匀涂刷，在涂层表面涂刷完成液体之后，采用低温烘干的方式，合理控制氧化温度和氧化时间。
2 实验结果分析
2.1 电压影响甲基红降解率的情况
在本次实验过程中，主要使用制备电极来当做实验的阳极，然后利用钛网来当做实验的阴极，所以初步确定电极的有效面积达到9cm2，阴极和阳极之间的距离为1cm，在实验中使用3g左右的硫酸钠来作为电解质，选择120mL的甲基红溶液，把电解液的浓度调配为0.5g/L，在不同电压的影响下，甲基红降解率也存在较大的差异，随着电压的增强，甲基红降解率也在不断上升。但是在降解时间超过10min以后，10V电压和9V电压的降解效果相比，明显偏低。当降解时间超过18min，那么8V、9V、10V电压下的降解率变成45.6%、77.3%以及69.0%。同时，随着时间的推移，电极上会产生许多气泡，溶液温度也在不断增加。由此可以说明，电化学降解过程中，选择应用9V的电压，能够更好地达到节能环保的目的，降低副反应的问题。
2.2 电解质浓度影响甲基红降解率的情况
根据实验结果分析发现，在电解催化实验中，当电解的电压数值达到9V左右，pH数值就会变成2，在20min以后，电解质的浓度不断增加，甲基红溶液的降解率也在不断增加。出现这种情况的主要原因在于，电解质在加入到甲基红溶液中之后，就会导致甲基红溶液中离子浓度不断提高，溶液的电导率逐渐提高，逐渐增大溶液中的电流以及化学速率。当电解质的浓度在0.5～3g之间增加时，降解率的波动非常明显，但是在电解质浓度超过3g以后，降解率波动就会逐渐缩小，所以说需要控制电解质浓度，即使添加更多的电解质，只会导致污水处理成本增加，而不会达到良好的效果，此外，添加过多的电解质，将会造成水中盐的浓度超标，因此，为了达到良好的降解效果，在实验中运用3g硫酸化钠来作为电解质。
2.3 pH值影响甲基红降解率的情况
甲基红溶液作为一种酸碱指示剂，在不同的酸碱条件下，将呈现不同的颜色，当甲基红溶液处于酸性条件下，就会逐渐变成红色，当其处于碱性条件下，就会逐渐变成黄色，而且甲基红溶液在酸性条件下，具有很强的吸光度，测定起来更加方便，因此，本次电催化降解实验大多选择酸性条件。根据实验结果研究发现，当电解实验的时间超过20min以后，电解实验的电压变成9V，添加3g左右的电解质，pH值发生变化，甲基红溶液的降解率也会出现不同的变化。具体而言，pH值逐渐提高，由酸性条件变成碱性条件，那么甲基红溶液的降解率将逐渐下降，甲基红溶液处于酸性条件下，能够产生氧化甲基红反应以及析氧反应，甲基红溶液降解的速度将加快。因此，为了使废水降解反应更快更好地进行，一般选择pH值在4的条件下进行电催化降解，这样才能节约投资成本，而且能够得到良好的有机物降解效果。 2.4 电解时间影响甲基红溶液吸光度的情况
本次实验过程中，测试电解时间的影响，把电压条件设置成9V，电解质浓度为3g，选择pH值达到2的条件下展开电解实验操作。每次测试的时间间隔为5min，测试的结果显示甲基红吸光度的波长范围为390～665nm之间，当波长出现变化时，甲基红的吸光度也会逐渐出现变化，所以这样进行观察，才能准确得出科学、合理的甲基红吸光度波长。实验结果显示，电解时间逐渐增加，甲基红溶液的吸光度将不断降低，由此可以说明，当降解时间不断推移时，甲基红溶液的浓度将逐渐降低，当甲基红溶液在合适的条件下进行电解催化，那么所表现出的最大吸收波长将变成520nm。
2.5 降解时间影响甲基红溶液降解率的情况
当甲基红溶液的吸光度波长处于520nm的情况下，降解时间发生变化，甲基红溶液的降解率也会逐渐出现变化。具体而言，随着降解时间不断增加，甲基红溶液的降解率也会逐渐增加。但是在降解时间超过20min以后，甲基红溶液的降解率波动将变得不再明显。由此可以说明，降解时间20min是甲基红溶液的降解终点。
2.6 电催化降解除污的经济性分析
根据实验研究分析发现，在处理农业用水污染问题时，必须采用合适的电化学降解方法，充分考虑到经济上可行性，采用成本低、效果显著的降解方法，这样才能节约废水处理成本。同时，在氧化电极电催化降解过程中，需要合理控制电解质浓度，电解质浓度以3g为重要标准，超过3g的电解质，并不会起到更好的效果，而且会增加催化降解成本。因此，在实际应用过程中，需要结合实际情况进行改进，这样才能使电化学技术更加完善，对于水量较少的废水，能够节约降解处理成本。
3 結论
本文针对氧化电极电催化降解农业用水污染展开了实验研究，实验中采用高温热氧化法制备钛基锡锑氧化电极，在甲基红废水中进行电催化降解，最终得出在降解过程中，电压、pH值、电解时间以及电解质浓度都会影响最终的电解效果，所以在使用这种方法时，必须深入研究水质，设计科学、合理的电解方案，选择适量的电解质，这样才能达到良好的效果，而且能够节约废水处理成本。
参考文献
[1]潘碌亭，王九成，韩悦.铁碳复合材料催化内电解技术处理模拟农村铅污染水体效果[J]. 农业工程学报，2016，32（01）：254-260.
[2]赵泽华，张后虎，许彬，等.三维电催化氧化技术处理草铵膦农药废水[J]. 环境工程学报，2017，11（1）：93-97.
[3]何亚鹏. 掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应[J]. 物理化学学报，2017.
[4]孙猛，李景虹.钯基氧还原反应电极的构筑及其在水处理领域的研究进展[J].物理化学学报，2017，33（1）：198-210.
作者简介：韩苗苗，副教授，研究方向：水处理。